Au cours de quatorze jours d'essais hivernaux à Ottawa, un ventilateur-récupérateur de chaleur (VRC) conventionnel a passé environ 64 heures en mode dégivrage. Pendant le dégivrage, il fait recirculer l'air vicié chaud dans la maison pour faire fondre la glace sur son noyau, ce qui signifie qu'il n'introduit aucun air frais pendant cette opération.
Soixante-quatre heures sur une période de quatorze jours représentent environ 1,7 journée complète. Lors de la journée la plus froide de l'essai, il a dégivré pendant six heures et trois quarts.
Ce chiffre ne vient pas de nous. Il provient du Conseil national de recherches du Canada (CNRC), qui a mené l'essai.
En quoi consistait l'essai
Le CNRC possède une installation près d'Ottawa appelée le Centre canadien des technologies résidentielles. Il dispose de deux maisons de recherche qui sont aussi identiques que possible. Même constructeur, mêmes équipes, mêmes techniques, toutes deux construites selon la norme R-2000, toutes deux d'environ 2 200 pieds carrés, et toutes deux plus étanches que ne l'exige la norme R-2000.
Elles sont inoccupées, mais se comportent comme si elles ne l'étaient pas. Un système d'occupation simulée effectue plus de 60 événements de marche/arrêt par jour, imitant une famille de quatre personnes : lave-vaisselle, cuisinière, laveuse, sécheuse, lumières, douches, tirages d'eau. Des ampoules à incandescence remplacent la chaleur corporelle, à raison de 60 watts par adulte et 40 par enfant. Plus de 250 thermocouples, neuf capteurs d'humidité et 23 compteurs de gaz, d'eau et d'électricité sont relevés toutes les cinq minutes.
L'intérêt de cette configuration jumelée est que l'on installe la nouvelle technologie dans une maison, on laisse l'autre telle quelle, et la différence entre les deux provient de la technologie plutôt que des conditions météorologiques, des occupants ou du constructeur.
Avant l'essai, ils ont fait fonctionner des VRC dans les deux maisons pendant une saison de chauffage complète et un été pour confirmer que les deux bâtiments affichaient les mêmes performances. C'était le cas.
Ensuite, ils ont retiré le VRC de la maison expérimentale pour y installer un HAE de Hoyme.
Pourquoi les VRC dégivrent
Un VRC fait passer deux flux d'air l'un devant l'autre à travers un noyau. L'air vicié chaud sort, l'air frais froid entre, et la chaleur se déplace de l'un à l'autre.
Le problème est que l'air intérieur chaud transporte de l'humidité. Lorsqu'il atteint une surface de noyau suffisamment froide, cette humidité gèle. Si le processus continue, la glace s'accumule jusqu'à obstruer le flux d'évacuation.
C'est pourquoi les VRC se dégivrent. L'unité arrête l'évacuation, redirige l'air chaud de la maison à travers le noyau pour faire fondre la glace, puis reprend son fonctionnement. Cela fonctionne. Mais pendant que cela se produit, aucun air frais n'entre dans le bâtiment.
Le CNRC a mesuré le temps de dégivrage chaque jour et l'a comparé à la température extérieure. Plus il faisait froid, plus l'unité passait de temps à dégivrer. Lors des journées douces, cela prenait vingt minutes. Lors des journées froides, cela durait des heures.
Les journées les plus froides d'un hiver canadien sont précisément celles où une maison est le plus hermétiquement scellée et a le plus besoin de ventilation. C'est à ce moment-là que le VRC fonctionne le moins.
Comment le HAE gère la situation
Le HAE n'a pas de moteur. Il s'agit d'un échangeur à contre-courant qui utilise la pression statique déjà produite par le ventilateur de la fournaise. La pression positive dans le plénum d'alimentation pousse l'air évacué à travers l'unité. La pression négative dans le plénum de retour aspire l'air frais. C'est pourquoi les instructions d'installation exigent que les conduits d'alimentation et d'évacuation soient placés immédiatement de chaque côté du ventilateur de la fournaise. Le ventilateur est le moteur.
Le noyau est en aluminium avec douze ouvertures de deux pouces sur quarante pouces, ce qui est délibérément grossier pour que le givre ait plus de difficulté à former un pont. Plus de 3 000 pouces carrés de surface d'échange thermique.
La partie qui compte pour le givre est le cycle de chauffage de la fournaise. Lorsque la fournaise se met en marche, l'air évacué provenant du plénum d'alimentation est chaud, et cette chaleur fait fondre toute glace qui a commencé à se former. L'unité se dégivre elle-même comme effet secondaire du fonctionnement du système de chauffage.
Conclusion du CNRC après quatorze jours d'hiver à Ottawa : aucun signe de problèmes de givre, aucun cycle de dégivrage requis, air frais délivré en continu tout au long de l'essai.
Efficacité
L'efficacité sensible apparente est la mesure standard ici, définie selon les normes ASHRAE 80 et CSA C439. Il s'agit de la chaleur réellement récupérée divisée par la chaleur disponible pour être récupérée.
| Saison | VRC | Unité HAE | Système HAE |
|---|---|---|---|
| Hiver | 66 % | 70 % | 84 % |
| Été | 61 % | 72 % | 71 % |
Les colonnes « Unité » et « Système » représentent des choses différentes et il est utile de bien les distinguer. Le chiffre « Unité » concerne l'échangeur seul. Le chiffre « Système » inclut les conduits d'admission et d'évacuation concentriques, qui effectuent un transfert thermique supplémentaire avant que l'air n'atteigne l'échangeur. Le chiffre de 84 % représente l'ensemble du système, pas seulement le caisson.
Électricité
Ici, il n'y a pas de comparaison possible. Les ventilateurs du VRC consommaient 1,96 kWh par jour. Le HAE n'a pas de ventilateur, donc la seule charge électrique ajoutée était le ventilateur d'extraction dédié que le CNRC a installé pour les salles de bain et la cuisine, qui consommait 0,07 kWh par jour.
Il s'agit d'une différence de consommation électrique pour la ventilation d'environ vingt-huit fois, et cela se maintient douze mois par an.
Le résultat qui a basculé dans l'autre sens
La consommation totale d'énergie en hiver a augmenté.
Sur l'ensemble de l'essai hivernal de deux semaines, la maison expérimentale a utilisé environ 2,6 % d'énergie de plus qu'elle ne l'aurait fait avec le VRC. Cela représente environ 9 MJ par jour. Le CNRC qualifie ce chiffre de faible mais statistiquement significatif, et il s'agit d'une observation réelle plutôt que d'une simple erreur de mesure.
La raison réside dans le débit d'air. Le HAE a fonctionné de manière déséquilibrée, avec un débit d'alimentation plus de deux fois supérieur au débit d'évacuation. Moins d'air évacué passant par l'échangeur signifie moins de chaleur disponible pour préchauffer l'air entrant, de sorte que l'air arrivant au plénum de retour de la fournaise était plus frais qu'il n'aurait dû l'être. La fournaise a compensé la différence en gaz.
L'été, le résultat a été inverse. L'énergie pour le refroidissement et la ventilation a chuté de 11,2 %, soit environ 1,38 kWh par jour, et le CNRC attribue cela entièrement aux économies de ventilation plutôt qu'au refroidissement.
Ainsi, le résumé honnête est un compromis. Vous perdez quelques pourcentages sur le gaz en hiver. Vous bénéficiez d'une ventilation continue sans interruption de dégivrage, d'une consommation électrique pour la ventilation pratiquement nulle, d'une efficacité mesurée plus élevée et d'économies estivales.
Le fait que ce compromis soit judicieux dépend des critères d'évaluation du bâtiment. Si la priorité est un apport ininterrompu d'air frais pendant une vague de froid, ou de réduire la charge électrique de ventilation sur le panneau, le HAE est la solution. Si le seul critère est la consommation de gaz en hiver, le VRC a remporté cette manche par quelques pourcentages lors de cet essai.
L'installation est plus importante que pour un VRC
Le CNRC a été direct à ce sujet et cela mérite d'être souligné ici.
Un VRC possède ses propres ventilateurs, donc son débit d'air est celui produit par ces ventilateurs. Le HAE emprunte la pression statique du ventilateur de la fournaise, ce qui signifie que son débit d'air dépend de la fournaise et de la manière dont les conduits sont raccordés au système à air pulsé. Fournaise différente, pression statique différente, performance différente.
Le rapport l'indique clairement comme une dépendance. Raccordements des conduits aux plénums d'alimentation et de retour, et débit d'air qui suit la pression statique de la fournaise.
Concrètement, cela signifie que le HAE pardonne moins une installation négligée qu'une unité équipée de ses propres ventilateurs. Suivez les instructions d'installation concernant les raccordements aux plénums. Si la fournaise est inhabituelle ou si la configuration des conduits est complexe, réglez la situation avant l'installation de l'unité, et non après.
Il convient également de noter que l'installation d'essai faisait passer le conduit concentrique par une ouverture improvisée et scellée dans une fenêtre de sous-sol plutôt que par une véritable percée dans le mur, car il s'agissait d'une configuration de recherche temporaire. Une installation permanente se fait à travers le mur.
Lisez le rapport par vous-même
Le rapport complet est disponible dans notre bibliothèque technique. « Assessment of the Energy Performance of Houses Using a High Efficiency Furnace Fan Generated Air Exchanger System in Side-by-side Testing », par B. Ouazia du CNRC Canada et C. Hoyme, décembre 2014. Chaque tableau et figure cités ci-dessus s'y trouve, y compris ceux qui ne jouaient pas en notre faveur.
Deux choses à garder à l'esprit en le lisant : l'essai hivernal a duré deux semaines et l'essai estival une semaine, il s'agit donc de fenêtres courtes plutôt que de données sur une saison complète. Et le travail a été effectué en 2013 et 2014, ce qui le rend vieux de onze ans.
Nous le publions parce que des données comparatives provenant d'un laboratoire fédéral dans des maisons jumelées et instrumentées valent mieux que tout ce que nous pourrions prétendre nous-mêmes, et parce qu'un entrepreneur qui choisit entre deux stratégies de ventilation doit voir les chiffres réels des deux côtés.
La gamme HAE
La série résidentielle couvre les unités 100 et 200. Les applications commerciales utilisent la série 500 et des configurations en parallèle. L'unité testée par le CNRC était un HAE1000-100.
Les instructions d'installation pour le résidentiel et le commercial, ainsi que le schéma du débit d'air du système montrant comment l'unité se raccorde aux plénums de la fournaise, sont tous dans la Bibliothèque technique.
Si vous hésitez entre un HAE et un VRC pour un bâtiment spécifique, appelez le 1-800-661-7382. La réponse dépend de la fournaise, de la disposition des conduits et des critères d'évaluation du bâtiment ; c'est une discussion plus utile qu'une simple fiche technique.
Télécharger le rapport d'essai du CNRC
Hoyme Manufacturing est un fabricant certifié CSA de registres motorisés et de commandes de débit d'air basé à Camrose, en Alberta. Les produits sont disponibles auprès des grossistes en CVC à travers le Canada.